燃燒室機匣銑加工工藝研究

朱穎 王康昌 張亮亮 陳大麗 李明

摘 要：文章研究的燃燒室機匣最大直徑為φ685.8mm，最小直徑為φ487.84mm，零件的承力錐壁最小壁厚為3.2mm，零件承力錐壁上存在7組共33個凸臺。其技術難點為：凸臺復雜，銑加工振動及變形問題嚴重，加工時容易變形及產生讓刀現象。文章總結了對鎳基高溫合金材料Inconel718進行高速切削加工時需要注意的事項，完成了數控程序編制及和刀具選擇等工作，加工出符合技術要求的航空發動機燃燒室機匣，為今后此類大型薄壁復雜形狀零件的自主研發提供技術支持。

關鍵詞：燃燒室機匣；銑加工；五坐標加工中心

引言

本文的研究主要來源于航空發動機某型號燃燒室機匣的加工工藝研究。零件材料為高溫合金，零件的凸臺型面復雜，加工空間小，所以在編程、刀具選擇和加工參數的設定方面都需要特別注意。根據該燃燒室機匣的加工技術要求，確定了合理的工藝路線；試驗確定了銑削加工不同型面試件和真件（槽腔、平面、凸緣、孔）的合理刀具、切削參數和數控程序；根據試驗結果并通過查閱國內外相關金屬切削技術手冊等，完成航空發動機燃燒室機匣加工工藝研究。通過對此類機匣的加工工藝研究，能夠對今后國內類似機匣加工方法有所借鑒，特別是在編程方法和選擇刀具等方面。

1 零件特點

1.1 尺寸要求

該零件外型有20個燃油座，外型面復雜，銑加工任務量大，凸臺面輪廓度要求0.50，凸臺圓周面輪廓度0.50，見圖1。

圖1 安裝座尺寸示意圖

1.2 零件類型

該零件是典型的燃燒室機匣件，銑加工外型面復雜，對銑加工刀具及銑加工程序的編制要求較高。

1.3 預期達到的技術、經濟、質量指標

通過對數控程序及所用刀具的改進，零件的銑加工時間由180小時縮短到125小時之內。

2 試驗過程

2.1 材料

零件材料為高溫合金Incon718

2.2 設備

五坐標加工中心DMG125P

2.3 工藝

2072M48P02銑加工內、外型面需要根據型面空間的大小合理選擇切削用刀具及設定合理的走刀路線，提高刀具的有效切削效率，提高加工效率。在銑加工過程中對敞開性好的表面盡量使用大直徑刀具，粗、精銑分開，粗銑使用Φ40R6可換刀片的刀具結構，去除大部分余量，空間容易發生干涉的型面使用Φ25R4刀具，粗銑走刀采用去除效率高的周向走刀方式，鑒于該種走刀方式有大的接刀殘留，因此粗銑為精銑留出1mm余量，在精銑過程中使用Φ20R3、Φ12R3刀具進行表面余量的銑削，為保證精銑后零件表面質量，精銑采用軸向走刀方式，見圖2。

針對該零件小端內腔有4處凹槽，在研制初期，需要使用彎頭加工，加工過程中，需要更換安裝彎頭，生產準備時間長，通過代用其它零件的T型刀具，減少了更換刀具的時間也保證了粗、精銑走刀一次加工完成，改進前-用彎頭加工狀態見圖3，改進后-用T形刀具加工狀態見圖4。

圖3 改進前-用彎頭加工狀態 圖4 改進后-用T形刀具加工狀態

在外型面銑加工過程中，使用整體硬質合金刀具，加工成本高，裝、卸刀具及投影測量刀具長度等生產準備時間長，使用可換刀片結構的可以減少換刀時間，通過直接更換刀片來實現，刀片見圖5。

因為零件外型凸臺多，加工過程中凸臺周圍的銑加工工作非常重要，原編程方式為固定軸加工，為了清除過多的刀具殘留痕跡，需要加密刀軌，各凸臺周圍加工時間過長，借鑒成功的加工理念，凸臺周圍留0.2mm余量，其它余量使用變軸加工方式進行銑加工，刀軌數量相對減少，縮短了銑加工的時間。改進前-凸臺周圍銑加工刀軌示意見圖6， 改進后-凸臺周圍銑加工刀軌示意見圖7。

2.4 結果

經過以上對刀具、程序走刀路線的改進，零件的銑加工時間由原來的180小時縮短到125小時。

3 結果討論與分析

刀具結構的選擇、程序的編程方式改進優化對零件的加工時間影響很大，在零件過程中應重點關注。